CN104854435A - 用于机动车辆的传感器装置、机动车辆、和用于制造传感器装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对变量进行测量的传感器装置(1)，所述变量表征机动车辆中的轴部分的旋转状态，特别是机动车辆中的转向轴。所述传感器装置包括保持器(2)和磁性定子部分(3)，所述保持器可连接至机动车辆中的轴部分，所述磁性定子部分布置在保持器(2)上，所述传感器装置还设计为将磁通量从磁体朝向磁性传感器进行输送，以及具有环形径向基部元件(5)，其轴向前侧(12)轴向地支撑在保持器(2)上。传感器装置进一步包括紧固元件(4)，该紧固元件允许定子部分(3)从其位于前侧(12)反面的轴向后侧(13)至少沿轴向方向固定至保持器(2)。保持器(2)具有至少一个焊接肋(18)，借助所述焊接肋，保持器(2)在摩擦焊接过程中连接至紧固元件(4)。

Description

用于机动车辆的传感器装置、机动车辆、和用于制造传感器装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对测量变量进行测量的传感器装置，所述变量特别是扭矩，表征机动车辆的轴部分的旋转状态，特别是机动车辆的转向车轴。传感器装置包括保持器和磁性定子部分，所述保持器可连接至机动车辆的轴部分，所述磁性定子部分布置在保持器上，且构造用于将磁通量从磁体朝向磁性传感器进行输送，以及具有环形径向基部元件，其通过其轴向前侧轴向地支撑在保持器上。传感器装置还包括固定元件，借助所述固定元件，定子部分从其相反于前侧的轴向后侧至少沿纵向方向固定至保持器。本发明还涉及一种具有这样的传感器装置的机动车辆和用于制造这样的传感器装置的方法。

背景技术

在该情况下，感兴趣的方面特别地包括扭矩传感器装置，其构造为检测施加至机动车辆转向轴的扭矩。这样的扭矩传感器装置在现有技术中已存在，且可用在例如电转向系统中。这样的传感器装置例如从文献US2004/0194560 A1和公开文件DE 102 40 049 A1中已知。扭矩传感器装置装配到转向车轴的两个轴部分或部分轴，所述两个轴部分或部分轴沿轴向方向彼此相对，且经由扭杆连接至彼此。磁体，例如，环状磁体，布置在第一轴部分上，而具有磁定子的保持器装配至另一轴部分，所述磁性定子沿径向方向经由小气隙对着永磁体。磁体的磁通量经由定子朝向第一和第二通量导体输送，所述通量导体随后将磁通量排放至磁性传感器，例如霍尔效应传感器，所述定子通常包括两个分立且相同的定子部分。磁性传感器位于两个通量导体之间。这样的扭矩传感器装置还从DE 10 2007 043 502 A1中已知。

两个定子部分固定至保持器且以旋转紧固方式装配。两个定子部分通常具有环形平面基部元件，所述基部元件是径向的或沿径向方向延伸，且径向向外指向，多个齿元件从所述基部元件沿轴向方向突出，所述齿元件布置为沿周边方向分布。那些齿元件因此沿轴向方向指向。尽管齿元件用于接收来自永磁体的沿径向方向的磁通量，但环形径向基部元件用于将磁通量轴向地排放至通量导体，且由此排放至磁性传感器。具有包括两个定子部分的定子的保持器紧固地装配至转向车轴的第一轴部分，且永磁体装配至转向车轴的第二轴部分，该第二轴部分经由扭杆连接至第一轴部分。施加至轴的扭矩则使扭杆轻微扭转，且因此引起定子和永磁体之间的小的相对旋转。

在文献WO 2009/035266 A2中，多个通孔形式的凹部形成在磁性定子部分中。保持器的对应的螺柱或螺栓则被接收在那些凹部中，以将磁性定子部分固定至保持器。

将定子部分固定至保持器的另一方法，如现有技术中已知的，将定子部分设置为从其轴向后侧借助附加的固定元件而固定至保持器，通过将该固定元件连结至保持器进行。定子部分装配至保持器，且通过其轴向前侧支撑在保持器的止挡元件上。从定子部分的轴向后侧，环形式的固定元件则装配在保持器上并通过激光焊接至保持器。但是已经发现激光焊接工艺在技术方面要求非常高且非常复杂。这是因为需要昂贵的激光焊接系统。此外，环形固定元件的直径必须非常精确地适于保持器的外直径，使得环形固定元件通过沿径向方向的简单的压配合动作装配至保持器。在该情况下，固定元件通常装配在保持器的螺柱上，所述螺柱设置为沿周边方向分布。特别地，激光焊接操作的过程控制非常复杂。

发明内容

本发明的目标是一种解决方案，关于在介绍中所提及类型的传感器装置中，如何能够使磁性定子部分至保持器的简单且可靠的固定可行。

该目标根据本发明通过分别具有独立权利要求的特征的传感器装置、机动车辆和方法实现。本发明的有利构造在从属权利要求、说明书和附图中示出。

根据本发明的传感器装置构造用于测量变量，所述变量表征机动车辆的轴部分的旋转状态，特别是转向车轴的轴部分的旋转状态。该测量变量优选地是扭矩。传感器装置具有可连接至轴部分的保持器。传感器装置还具有磁性定子部分，所述定子部分构造用于将磁通量从磁体朝向磁性传感器输送(特别是经由通量导体)，且所述定子部分具有环形径向基部元件，所述基部元件通过其轴向前侧支撑在保持器上。传感器装置进一步还包括固定元件，借助所述固定元件，定子部分从其相反于前侧的轴向后侧至少沿纵向方向固定至保持器。定子部分可特别地由软磁性材料制造。保持器具有至少一个焊接肋，经由所述焊接肋，保持器通过摩擦焊接连接或连结至固定元件。

因而，根据本发明提出将保持器构造为具有焊接肋或延伸构件，经由所述焊接肋或延伸构件，焊接连接可通过摩擦焊接相对于固定元件制成。因而，由于焊接肋，摩擦焊接，特别是超声焊接，是可行的，且显著地比激光焊接对焊接过程要求更低。因而，由于摩擦焊接，保持器相对于固定元件的连接过程总体被简化，且因而，简化了磁性定子部分相对于保持器的固定过程。摩擦焊接可首先以比激光焊接显著廉价的方式引入，因为所需要的系统比激光焊接系统更加划算。此外，摩擦焊接还提供以下优势：所使用的超声波发生器(sonotrode)，例如在超声焊接中所使用的，不与磁性定子部分接触，且因而定子部分的变形理论上不可能。另一优势涉及焊接过程的鲁棒性，因为摩擦焊接系统，诸如特别是超声焊接系统，可以力/路径受控方式被直接控制。此外，在摩擦焊接期间，力均匀地施加至定子部分，使得不会产生定子部分的变形。借助摩擦焊接的固定还是没有游隙的。此外，固定元件(如果其以环形方式构造)的直径容差不重要。

保持器可通过超声焊接经由所述至少一个焊接肋连接至所述固定元件。尤其是，固定元件优选地由热塑性塑料材料形成。将保持器连结至固定元件所需的热量在超声焊接期间通过高频机械振荡获得，所述高频机械振荡借助相应发生器、超声转换器和所谓的超声波发生器产生，并被传递至连结的对应元件。超声波发生器可以特别鲁棒的方式被构造为圆柱形形式。通过借助超声焊接将保持器连结至固定元件，本发明的优势被完全呈现。

焊接肋优选地形成延伸构件，所述延伸构件是轴向的，或所述延伸构件沿轴向方向指向，且保持器经由所述延伸构件轴向地连接至固定元件。借助摩擦焊接进行的连结过程因而沿轴向方向实施。在摩擦焊接期间施加至固定元件的力因而在整个周边上均匀地分布，使得能够防止定子部分的变形。由于轴向连接，沿轴向方向进一步确保了定子部分的特别紧固的布置。

发现有利的是固定元件邻接于定子部分的基部元件的后侧。因而，定子部分的基部元件，一方面，邻接于保持器，另一方面，轴向地邻接于固定元件，且因而以特别抗滑的方式保持在保持器上。焊接过程优选地沿轴向方向实施，直至固定元件与磁性定子部分的基部元件的后侧邻接。

固定元件优选地以环形方式构造，特别是以完全周边方式延伸的环形方式。固定元件可还关于保持器同心地布置。因而，固定力在定子部分的整个周边上分布，一方面，定子部分的特别有效的固定动作关于保持器被确保，另一方面，机械应力以及(适当时)定子部分的变形也被防止。

在一个实施例中，保持器具有多个焊接肋，所述焊接肋布置为沿周边方向分布或所述焊接肋布置为彼此间有间距，且所述焊接肋沿轴向方向指向，且保持器经由所述焊接肋通过摩擦焊接连接至固定元件。因而，焊接连接设置在沿周边的各位置处，这增加了固定动作的稳定性。这种布置为沿周边方向(特别是以等距方式)分布的多个焊接肋还在制造方面具有以下优势：所有焊接位置被同时连结，且因而摩擦焊接在单个处理步骤中或在非常短的循环时间期间实施。仅需要的是，固定元件(特别是环形的)布置在焊接肋上，且焊接过程在短循环时间内实施且具有均匀的力分布，使得所有焊接肋同时连接在固定元件中，所述固定元件在该过程期间熔化。

但是，替代地，可还将保持器设置为具有单个焊接肋，所述焊接肋特别地沿轴向方向指向，所述焊接肋构造为完全周边的且因而为环形，且保持器经由所述肋通过摩擦焊接轴向地连接至环形固定元件。

在一个实施例中，设置为保持器具有沟槽状收集沟道，所述收集沟道至少部分地绕至少一个焊接肋延伸，用于固定元件的熔融体，所述熔融体在摩擦焊接期间产生。这是因为，在焊接期间，固定元件--特别地仅固定元件--变为熔融态。该熔融体继而可被收集在沟槽状收集沟道中，使得可防止由于变硬的熔融体而形成粘附部分。这样的粘附部分可导致保持器的几何形状的改变，且因而在适当时导致对传感器装置的操作的损害。

保持器特别地具有圆柱形第一轴向区域，基部元件通过前侧轴向地支撑在所述第一轴向区域上。第二轴向区域(9)优选地以直接方式邻接第一轴向区域，所述第二轴向区域相对于第一区域同心地布置，所述第二轴向区域具有较小的直径，且所述第二轴向区域经由多个连接元件连接至第一轴向区域，特别是以一体的方式连接，所述连接元件布置为沿周边方向分布。连接元件可以是角元件，其具有径向区域和轴向区域。轴向区域则直接连接至保持器的第一轴向区域，而单独的连接元件的径向区域直接连接至保持器的第二轴向区域。这样的多个连接元件导致径向凹部或通孔，定子部分的齿元件可被接收在其中，且那些齿元件可通过其被引入，形成在那些元件之间。

定子部分优选地装配至保持器的第二轴向区域，且所述至少一个焊接肋优选地构成在一个连接元件上。保持器的第一轴向区域因而形成止挡元件，定子部分的轴向前侧轴向地支撑在所述止挡元件上。

定子部分可具有多个齿元件，所述齿元件布置为沿周边方向分布，且所述齿元件沿轴向方向从径向基部元件突出，且其构造为接收来自磁体的磁通量。齿元件优选地轴向地延伸到保持器的第一轴向区域中，特别地以使得齿元件邻接于第一轴向区域的内周边的方式。因而，定子部分在保持器上的抗滑布置也沿径向方向被确保。

本发明还涉及一种机动车辆，特别是私人机动车辆，具有根据本发明的传感器装置。

根据本发明的方法用于制造用于机动车辆的传感器装置，通过所述装置对测量变量进行测量，所述变量表征机动车辆的轴部分的旋转状态。制造包括以下步骤：提供保持器，所述保持器连接至轴部分；提供用于输送磁通量的磁性定子部分，所述定子部分构造为具有环形径向基部元件，所述基部元件通过轴向前侧轴向地支撑在保持器上；以及提供固定元件，借助所述固定元件，定子部分从其相反于前侧的轴向后侧至少轴向地固定至保持器。保持器通过摩擦焊接连接至所述固定元件，特别是通过超声焊接。

关于根据本发明的传感器装置陈述的优选实施例，及其优势，相应地应用到根据本发明的机动车辆和根据本发明的方法。

本发明的其他特征将从权利要求、附图和附图的说明意识到。上述所有特征和特征组合以及以下在附图的描述中提及的和/或仅在附图中示出的特征和特征组合可以不仅用在每种情况下陈述的组合中，也可以用在其他组合中或单独使用。

附图说明

现在将参考优选实施例以及参考附图更详细地解释本发明，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的传感器装置的部分组件的分解示意性透视图；

图2是保持器的放大区域的示意图；和

图3是定子部分装配至其的保持器与固定元件的示意图，所述固定元件在图3中仅部分地示出，以示出固定元件的横截面。

具体实施方式

图1中所示的传感器装置的组件是保持器2、定子部分3和固定元件4。传感器装置1用于测量施加至机动车辆的转向车轴的扭矩。转向车轴包括两个轴部分，所述两个轴部分经由扭矩杆连接至彼此。保持器2以旋转紧固方式连接至第一轴部分，且永磁体以旋转紧固方式连接至第二轴部分。永磁体继而经由径向气隙径向地对着保持器。因此，永磁体位于定子部分3内部，且因而关于定子部分3相互径向重叠。传感器装置1包括总共两个这样的定子部分3，它们是相同的组件。第二定子部分没有在图中示出。但是，其也可以与所示的定子部分3相同的方式紧固至保持器2，但是从相反侧。

传感器装置1可还具有至少一个通量导体，该通量导体未被示出，且接收来自定子部分3的磁通量并将其传递至磁性传感器。定子部分3则可相对于通量导体旋转。

传感器装置1可还在适当时与用于测量转向车轴的当前转向角度的转向车轴传感器装置组合。

定子部分3由软磁性材料形成，且具有环形径向基部元件5，多个齿元件6从所述基部元件5的内边缘或边沿沿轴向方向突出。齿元件6布置为沿周边方向以等距方式分布，使得两个相邻齿元件6之间的各角间距具有相同尺寸。径向成形部7形成在基部元件5中，分别位于两个相邻齿元件6之间的基部元件5的内周边处。定子部分3一般以一体方式构造，使得齿元件6一体地连接至基部元件5。

保持器2一般也以一体方式构造。其可例如由塑料材料形成。保持器2具有圆柱形第一轴向区域8和，类似地，圆柱形第二轴向区域9。第二轴向区域9比第一区域8具有更小的直径，第二区域9的内直径和外直径二者分别小于第一区域8的内直径和外直径。轴向区域8、9的壁厚度也相同。两个区域8、9相对于彼此同轴地布置，且布置为沿轴向方向偏置，使得第二轴向区域9沿轴向方向直接邻接于第一轴向区域8。

两个区域8、9经由多个连接元件10一体地连接至彼此。连接元件10布置为沿周边方向等距地分布。例如可存在八个连接元件10。径向通孔11(齿元件6可通过所述通孔11装配)分别形成在连接元件10之间，以随后能够邻接于保持器2的第一轴向区域8的内周边。第一轴向区域8形成轴向止挡部，定子部分3的轴向前侧12轴向地制成在其上，而齿元件6被接收在第一轴向区域8的内部中。定子部分3则从其轴向后侧13与固定元件4轴向地装配。

图2是保持器2的一区域的放大图。在该情况下，可更精确地看到连接元件10的构造。连接元件10是角元件，且每个具有轴向区域14和径向区域15，所述径向区域15布置为与轴向区域14成直角。轴向区域14直接连接至保持器2的轴向区域8，也就是说，连接至第一区域8的轴向前侧16。但是，径向区域15直接连接至保持器2的第二轴向区域9的外周边17。焊接肋18，其构成为齿或轴向延伸构件或突起的形式，在连接元件15的外径向边缘处沿轴向方向从各径向区域15突出。焊接肋18沿轴向方向朝向第二轴向区域9指向。每一个连接元件10都具有这样的焊接肋18。焊接肋18因而大致布置为在整个周边上分布。例如，设置有八个焊接肋18，所述焊接肋位于保持器2的相同轴向高度处。

以沟槽状方式绕焊接肋18形成的部分周边收集通道19分别绕焊接肋18形成。收集沟道19为在连接元件10的径向区域15中的轴向凹部的形式。焊接肋18因而像是从凹部的基部升起。

如果定子部分3轴向地装配至第二轴向区域9，则齿元件6被引入到第一轴向区域8的内部中，如图3中示意性地示出的。连接元件10被接收在基部元件5的成形部7中。基部元件5的前侧12邻接于第一轴向区域8的轴向前侧16(图2)。为了将定子部分3固定至保持器2，环形固定元件4也装配至第二轴向区域9。由塑料材料构成的环形固定元件4继而移动进入与焊接肋18的接触，且通过超声焊接连接至那些焊接肋18。由于固定元件4由热塑性材料制成，其在超声焊接期间熔化，使得焊接肋18被引入到固定元件4的内部中，且以强制锁定(positive-locking)、非强制锁定和实质上接合的方式连接至其。固定元件4可构成为截面为角元件。

在超声焊接期间，固定元件4移动进入与定子部分3的基部元件5的后侧的邻接。仅当固定元件4在整个周边上邻接于后侧13时，焊接过程中断。在焊接期间，得到的固定元件4的熔融体被收集在收集沟道19中，使得没有额外部分可形成在保持器2上。

如已经陈述的，附图仅示出了总共包括两个定子部分的定子的仅一个定子部分。在保持器2的另一侧处，第二定子部分固定，且以与定子部分3相同的方式构造或等同地构造。齿20，以轴向延伸构件的形式从保持器2的第一轴向区域8的轴向前边缘21突出，所述齿20则被接收在该第二定子部分的成形部7中。那些齿20沿轴向方向指向。第二定子部分的固定动作可以这样的方式呈现：第二定子部分的齿元件6也被接收在第一轴向区域8的内部中，且移动进入与第一区域8的内周边的邻接。第二定子部分的齿元件6则布置在所示的定子部分3的相邻齿元件6之间。第二定子部分的固定可以与用于所示的定子部分3相同的方式实施。对应的焊接肋18可还设置在齿20中，且这些焊接肋18可通过超声焊接连接至相同固定环4。

Claims (13)

1.一种用于对测量变量进行测量的传感器装置(1)，所述变量表征机动车辆的轴部分的旋转状态，该机动车辆的轴部分特别是机动车辆的转向车轴，该传感器装置具有保持器(2)，该保持器可连接至机动车辆的轴部分；具有磁性定子部分(3)，该磁性定子部分布置在保持器(2)上且其构造用于将磁通量从磁体朝向磁性传感器输送，且其具有环形径向基部元件(5)，所述基部元件通过其轴向前侧(12)轴向地支撑在保持器(2)上；以及具有固定元件(4)，借助所述固定元件(4)，定子部分(3)从其相反于前侧(12)的轴向后侧(13)至少沿轴向方向固定至保持器(2)，

其特征在于，

所述保持器(2)具有至少一个焊接肋(18)，经由所述焊接肋，保持器(2)通过摩擦焊接连接至固定元件(4)。

2.根据权利要求1所述的传感器装置(1)，

其特征在于，

所述保持器(2)通过超声焊接经由所述至少一个焊接肋(18)连接至所述固定元件(4)。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(1)，

其特征在于，

焊接肋(18)形成轴向延伸构件，保持器(2)经由该轴向延伸构件轴向地连接至所述固定元件(4)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器装置(1)，

其特征在于，

所述固定元件(4)邻接于定子部分(3)的基部元件(5)的后侧(13)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器装置(1)，

其特征在于，

所述固定元件(4)以环形形式构成，特别是周边形式，且关于所述保持器(2)同心地布置。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器装置(1)，

其特征在于，

所述保持器(2)具有多个焊接肋(18)，所述焊接肋(18)布置为沿周边方向分布，且所述焊接肋(18)尤其沿轴向方向指向，且所述保持器(2)经由所述焊接肋(18)通过摩擦焊接连接至所述固定元件(4)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器装置(1)，

其特征在于，

所述保持器(2)具有沟槽状收集沟道(19)，所述收集沟道至少部分地绕所述焊接肋(18)延伸，用于所述固定元件(4)的熔融体。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器装置(1)，

其特征在于，

所述保持器(2)具有圆柱形第一轴向区域(8)和圆柱形第二轴向区域(9)，基部元件(5)通过前侧(12)轴向地支撑在所述第一轴向区域(8)上，所述第二轴向区域(9)相对于第一区域(8)同心地布置，所述第二轴向区域(9)具有较小的直径，且所述第二轴向区域(9)经由多个连接元件(10)连接至第一轴向区域(8)，特别是以一体的方式连接，所述多个连接元件布置为沿周边方向分布。

9.根据权利要求8所述的传感器装置(1)，

其特征在于，

所述定子部分(3)装配至所述保持器(2)的第二轴向区域(9)，且所述至少一个焊接肋(18)构成在一个连接元件(10)上。

10.根据权利要求8或9所述的传感器装置(1)，

其特征在于，

所述定子部分(3)具有多个齿元件(6)，所述多个齿元件(6)布置为沿周边方向分布，且所述多个齿元件沿轴向方向从径向基部元件(5)突出，用于接收来自磁体的磁通量，且所述多个齿元件轴向地延伸到所述保持器(2)的第一轴向区域(8)中，特别是邻接于第一轴向区域(8)的内周边。

11.一种机动车辆，具有根据前述权利要求中的任一项所述的传感器装置(1)。

12.一种用于制造用于机动车辆的传感器装置(1)的方法，通过所述装置对测量变量进行测量，所述变量表征机动车辆的轴部分的旋转状态，该机动车辆的轴部分特别是机动车辆的转向车轴，所述方法通过以下进行：提供保持器(2)，该保持器连接至机动车辆的轴部分；通过提供磁性定子部分(3)，用于将磁通量从磁体朝向磁性传感器输送，所述定子部分(3)构造为具有环形径向基部元件(5)，所述环形径向基部元件(5)通过其轴向前侧(12)轴向地支撑在保持器(2)上，以及提供固定元件(4)，借助所述固定元件(4)，所述定子部分(3)从其相反于前侧(12)的轴向后侧(13)至少沿轴向方向固定至所述保持器(2)，

其特征在于，

所述保持器(2)通过摩擦焊接连接至所述固定元件(4)，特别是通过超声焊接。

13.根据权利要求12所述的方法，

其特征在于，

所述保持器(2)通过摩擦焊接经由所述保持器(2)的至少一个焊接肋(18)连接至所述固定元件(4)。